Verknüpfung von Landnutzungsintensität, Biodiversität, bodenmikrobiellen Prozessen und organo-mineralischen Interaktionen für ein mechanistisches Verständnis der gesamten Stickstoffbilanzen in Grünlandökosystemen (BE_BioMON II)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Privatdozent Dr. Michael Dannenmann; Professor Dr. Michael Schloter; Dr. Stefanie Schulz; Dr. Steffen Schweizer
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Ökologie der Landnutzung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512359828

Im Grünland führt hohe Landnutzungsintensität (LUI) zu Stickstoffverlusten sowie einem Rückgang der Artenvielfalt und Multifunktionalität. Im Rahmen von BE_BioMON I hat unser einzigartiges 15N-Tracing-Experiment gezeigt, dass die Düngung von Grünland im Jahr der Ausbringung eine Düngung des Mikrobioms und organischer Stickstoffpools (SON) und nicht der Pflanzen ist, die ihrerseits auf andere N-Quellen zurückgreifen. Diese neuen Erkenntnisse zeigen, dass wir unser Wissen über die längerfristige Mobilisierung von Stickstoff aus verschiedenen SON-Pools im Boden und die Rolle der biologischen Stickstofffixierung (BNF) verbessern müssen. Durch einen interdisziplinären Ansatz, der mikrobielle Bodenökologie, Bodenkunde, Biogeochemie stabiler Isotope und Modellierung vereint, wollen wir diese Wissenslücken schließen. Unser Ziel ist es, das mechanistische Verständnis des Dünger-N über die Freisetzung von N aus verschiedenen SON-Pools für N-Aufnahme- oder Verluste zu verbessern und die Bedeutung der BNF in Abhängigkeit von LUI und Biodiversität zu bewerten. Wir stellen die Hypothesen auf, (1) dass die mittlere Verweildauer von Dünger-N in SON ein Schlüsselfaktor für die pflanzliche N-Aufnahme und die N-Bilanz des Ökosystems ist, wobei kurze Verweildauern bei hohem LUI zum Abbau von SON führen. (2) Eine Erhöhung des LUI führt zu einer Verschiebung von symbiotischer zu assoziativer N-Fixierung. Das führt zu einem geringeren N2:N2O-Verhältnis aufgrund unvollständiger Denitrifikation in symbiotischen Diazotrophen. (3) Wir erwarten, dass bei niedrigem LUI hohe BNF-Raten zu positiven N-Bilanzen beitragen, wobei Mulchen die SON-Pools über Streueinarbeitung besonders effizient wieder auffüllt. Um diese Hypothesen zu testen, werden wir den Verbleib verschiedener 15N-Düngerquellen (Hofdünger, Gülle) und die biotischen und abiotischen Prozesse über 5 Jahre verfolgen. Wir bewerten dadurch die Rolle der Speicherung in und Freisetzung aus ON-Pools auf die N-Aufnahme durch Pflanzen oder N-Verluste. Dies wird dazu dienen, Dünger-N-Bilanzen zu erstellen und die mittlere Verweilzeit von Dünger-N in verschiedenen N-Pools zu bewerten (WP 1). Außerdem testen wir, inwieweit die aufgegebene Düngung im LUX-Versuch die BNF beeinflusst (WP2.1). Dies wird durch ein neues Mesokosmen-Experiment mit 15N2-Exposition ergänzt, um die Auswirkungen von LUI auf die Raten und den Verbleib von BNF-N unter dem Einfluss von Mähen und Mulchen zu untersuchen (WP2.2). Die gewonnenen Erkenntnisse aus unseren phasenübergreifenden Experimenten und anderen BExIS-Daten werden genutzt, um die abiotischen und biotischen Mechanismen zu identifizieren, die die Unterschiede in den N-Bilanzen unter verschiedenen LUI erklären (WP3). Wir erwarten, dass diese Synthese unser mechanistisches Verständnis des Stickstoffkreislaufs in Grünländern mit unterschiedlicher LUI verbessert und aufzuklären welche Rolle die ober- und unterirdische Artenvielfalt und standortspezifischen Eigenschaften dabei spielen.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1374: Biodiversitäts-Exploratorien
• Internationaler Bezug: Spanien
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Ralf Kiese
• Kooperationspartner: Professor Dr. Eduardo Vazquez Garcia